CN111525168A - 一种全氟磺酸复合离子传导膜的制备方法 - Google Patents

一种全氟磺酸复合离子传导膜的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111525168A
CN111525168A CN202010353639.3A CN202010353639A CN111525168A CN 111525168 A CN111525168 A CN 111525168A CN 202010353639 A CN202010353639 A CN 202010353639A CN 111525168 A CN111525168 A CN 111525168A
Authority
CN
China
Prior art keywords
membrane
composite ion
perfluorosulfonic acid
film
dissolving
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010353639.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111525168B (zh
Inventor
赵丽娜
张建国
肖伟
彭海泉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Liaoning Kejing New Material Co ltd
Original Assignee
Liaoning Kejing New Material Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Liaoning Kejing New Material Technology Co ltd filed Critical Liaoning Kejing New Material Technology Co ltd
Priority to CN202010353639.3A priority Critical patent/CN111525168B/zh
Publication of CN111525168A publication Critical patent/CN111525168A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111525168B publication Critical patent/CN111525168B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/102—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer
    • H01M8/1032—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer having sulfur, e.g. sulfonated-polyethersulfones [S-PES]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/1039—Polymeric electrolyte materials halogenated, e.g. sulfonated polyvinylidene fluorides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/1069—Polymeric electrolyte materials characterised by the manufacturing processes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明涉及离子交换膜领域，特别涉及一种全氟磺酸复合离子传导膜的制备方法。采用全氟磺酸树脂作为主要成膜树脂，并在全氟磺酸离子交换膜中引入高相容性添加剂(如：不同分子组成、不同分子结构的全氟类高分子材料、有机大分子或有机小分子物质中的一种或两种以上)，通过改变制膜液组分和浓度调控膜内部的微观结构。由于膜内部微观结构的调控，使得膜在导电性能及吸水后线性溶胀率等性能较传统膜均有改善。本发明制备的复合离子传导膜具有优异的综合性能，对全氟磺酸离子交换膜的广泛适用性具有重要意义。

Description

一种全氟磺酸复合离子传导膜的制备方法
技术领域
本发明涉及离子交换膜领域，特别涉及一种全氟磺酸复合离子传导膜的制备方法。
背景技术
上世纪六十年代美国杜邦公司(Du Pont)首先开发出了商用名为
Figure BDA0002472721740000011
的全氟磺酸离子聚合物(Perfluorosulfonic Ionomer，又称全氟磺酸离子交换树脂)。作为化学稳定性极高的高聚物固体电解质用于宇航开发的燃料电池内，开创了全氟离子聚合物应用的先河，全氟离子聚合物现今最大的用途是加工成离子交换膜用于氯碱槽和燃料电池中。
全氟类质子交换膜是最先实现产业化生产及应用的质子交换膜，市场中主要有：美国杜邦公司的Nafion系列膜、Dow公司的Dow膜，加拿大Ballard公司BAM膜，比利时Solvay膜，中国山东东岳集团的DF988、DF2801型质子交换膜。现阶段研究最多的是美国杜邦公司的Nafion系列及改性膜。
从1999年开始，我国掀起烧碱扩建高潮，氯碱工业在我国国民经济中占有重要的地位。氯碱工业是全氟磺酸离子交换膜应用的重要领域之一，液流电池(尤其是全钒液流电池)以及燃料电池作为大规模电化学储能的首选，得到世界范围内广泛关注和应用。但膜结构对性能的影响十分复杂，目前全氟磺酸离子交换膜发表的文献主要探讨膜的性能方面，对于膜结构对性能的影响研究有待于进一步深化研究。
发明内容
为了解决成分对膜结构的影响，本发明的目的是提供一种全氟磺酸复合离子传导膜的制备方法，采用将不同分子组成、不同分子结构的全氟类高分子聚合物、高相容性有机大分子或有机小分子引入高化学稳定性、高导电性的全氟磺酸离子交换膜中，进行组成和结构设计，提高传导膜的综合性能。
本发明的技术方案是：
一种全氟磺酸复合离子传导膜的制备方法，具体步骤如下：
(1)将全氟磺酸树脂溶于溶剂中，在反应釜中加热溶解，配成质量百分数为1％～20％的全氟磺酸树脂溶液，加热溶解温度条件为180℃～240℃；
(2)将与步骤(1)全氟磺酸树脂不同分子组成或不同分子结构的全氟类高分子聚合物中的一种或两种以上，作为添加剂溶于溶剂中，在反应釜中加热溶解，配成质量百分数为0.1～10％的添加剂溶液，加热溶解温度条件为180℃～240℃；
(3)将步骤(2)制备的添加剂溶液加入到步骤(1)制备的全氟磺酸树脂溶液中进行混合，搅拌6～24h，获得混合溶液；
(4)将有机大分子或有机小分子物质中的一种或两种以上加入到步骤(3)制备的混合溶液中进行搅拌，搅拌20～30h，得到制膜液；
(5)将步骤(4)制备的制膜液浇注到洁净的玻璃板上，在成膜温度50～150℃、成膜时间2～8h的工艺条件下进行烘干成膜，制备全氟磺酸复合离子传导膜，复合离子传导膜的厚度为30～120μm。
所述的全氟磺酸复合离子传导膜的制备方法，步骤(1)和(2)中，溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙甲酰胺、二甲基亚砜、N-基吡咯烷酮、乙醇、乙二醇、异丙醇、异丁醇或二甲苯。
所述的全氟磺酸复合离子传导膜的制备方法，优选的，步骤(1)和(2)中，添加剂质量为全氟磺酸树脂质量的0.5％～10％。
所述的全氟磺酸复合离子传导膜的制备方法，优选的，步骤(1)全氟磺酸树脂溶液中，全氟磺酸树脂的质量百分数为5％～12％。
所述的全氟磺酸复合离子传导膜的制备方法，步骤(2)中，添加剂采用不同交换容量、不同分子量、不同侧链位置或结构的全氟羧酸离子交换树脂或全氟磺酸离子交换树脂。
所述的全氟磺酸复合离子传导膜的制备方法，步骤(4)中，有机大分子或有机小分子物质采用有机胺、蛋白质、核酸、多糖、氨基酸、葡萄糖、正己烷、二氯甲烷、三氯甲烷或甲基苯丙胺。
所述的全氟磺酸复合离子传导膜的制备方法，优选的，步骤(5)中，成膜温度为100～140℃，成膜时间为2～5h。
所述的全氟磺酸复合离子传导膜的制备方法，复合离子传导膜的电导率为0.07～0.1s/cm，复合离子传导膜的线性溶胀率为5.0～8.0％。。优选的，复合离子传导膜的电导率为0.08～0.1s/cm，复合离子传导膜的线性溶胀率为6.0～8.0％。
本发明的设计思想是：
本发明采用全氟磺酸树脂作为主要成膜树脂，并在全氟磺酸离子交换膜中引入高相容性添加剂(如：不同分子组成、不同分子结构的全氟类高分子材料、有机大分子或有机小分子物质中的一种或两种以上)。将两种不同聚合物混合共溶，不同聚合物对同一溶剂产生的作用力不同，则溶剂在不同组分聚合物溶液中的挥发速度不同，导致聚合物溶液的固化结晶顺序不同，进而通过改变制膜液组分和浓度调控膜内部的微观结构，提高传导膜的性能；将有机大分子或有机小分子物质添加到聚合物溶液中，使得在成膜过程中膜的相分离微结构发生改变，调控膜微结构，提高传导膜的综合性能。由于膜内部微观结构的调控，使得膜在导电性能及吸水后线性溶胀率等性能较传统膜均有改善。
本发明的优点及有益效果是：
1、根据全氟磺酸离子交换膜的结构特点及其传质机理，通过合理设计在膜中引入不同分子组成、不同分子结构的全氟类高分子聚合物，添加有机大分子或有机小分子物质。由于添加剂的尺寸、极性等因素使得膜在成型过程中树脂的交联程度发生改变，导致复合离子传导膜内部的微观结构产生差异。根据目标需求，进行组成和结构设计，调整膜性能。
2、由于引入的物质为同类全氟树脂，或与全氟磺酸具有高相容性的有机分子物质。因此，制备的复合离子传导膜不会因为引入异相产生分相、分层、均匀性差、以及长期运行后溶出的问题，保证复合离子传导膜的长寿命。
总之，本发明将溶液的组成和膜的结构进行科学合理的设计，调控膜微观结构，制备结构可控的全氟磺酸离子交换膜，有效提高复合离子传导膜的离子选择性，提高复合离子传导膜的综合性能，对复合离子传导膜在电池运行中的广泛适用性具有重要意义。
具体实施方式
在具体实施过程中，全氟磺酸离子交换膜材料的化学式如下：
Figure BDA0002472721740000031
Figure BDA0002472721740000032
其中，Nafion代表美国杜邦(Dupont)公司的Nafion膜，Dow代表美国道氏(Dow)化学公司的Dow膜，Aciplex代表日本旭化成(ASAHI-KASEI)公司的Aciplex膜。
下面，通过实施例对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
实施例1
本实施例中，全氟磺酸复合离子传导膜的制备方法，具体步骤如下：
(1)将6g全氟磺酸树脂(交换容量为0.95mmol/g)溶于100ml二甲基乙酰胺溶剂中，在反应釜中加热溶解，配成全氟磺酸树脂溶液，加热溶解温度条件为200℃；
(2)将0.3g全氟羧酸树脂(交换容量为0.9mmol/g)溶于30ml二甲基乙酰胺溶剂中，在反应釜中加热溶解，配成添加剂溶液，加热溶解温度条件为200℃；
(3)将步骤(2)制备的溶液加入到步骤(1)制备的树脂溶液中进行混合，搅拌24h，获得混合溶液。
(4)将步骤(3)制备的制膜液浇注到洁净的玻璃板上，在成膜温度120℃、成膜时间4h的工艺条件下进行烘干成膜，制备全氟磺酸复合离子传导膜，厚度为80μm。
本实施例的相关性能数据如下：复合离子传导膜中无分相、分层现象出现，均匀性很好。膜电导率为0.075s/cm，线性溶胀率为5.1％，通过研究添加有机大分子或有机小分子制备的传导膜与未添加制备的传导膜进行性能对比，考察传导膜性能的影响规律。由于未加入有机大分子或有机小分子物质，膜电导率和线性溶胀率较低。
实施例2
本实施例中，全氟磺酸复合离子传导膜的制备方法，具体步骤如下：
(1)将6g全氟磺酸树脂(交换容量为0.95mmol/g)溶于100ml二甲基乙酰胺溶剂中，在反应釜中加热溶解，配成全氟磺酸树脂溶液，加热溶解温度条件为200℃；
(2)将0.3g全氟磺酸树脂(交换容量为0.83mmol/g)溶于30ml二甲基乙酰胺溶剂中，在反应釜中加热溶解，配成添加剂溶液，加热溶解温度条件为200℃；
(3)将步骤(2)制备的溶液加入到步骤(1)制备的树脂溶液中进行混合，搅拌24h，获得混合溶液。
(4)将步骤(3)制备的制膜液浇注到洁净的玻璃板上，在成膜温度120℃、成膜时间4h的工艺条件下进行烘干成膜，制备全氟磺酸复合离子传导膜，厚度为60μm。
本实施例的相关性能数据如下：复合离子传导膜中无分相、分层现象出现，均匀性很好。膜电导率为0.078s/cm，线性溶胀率为5.7％，通过研究添加有机大分子或有机小分子制备的传导膜与未添加制备的传导膜进行性能对比，考察传导膜性能的影响规律。由于未加入有机大分子或有机小分子物质，膜电导率和线性溶胀率较低。
实施例3
本实施例中，全氟磺酸复合离子传导膜的制备方法，具体步骤如下：
(1)将6g全氟磺酸树脂(交换容量为0.95mmol/g)溶于100ml二甲基乙酰胺溶剂中，在反应釜中加热溶解，配成全氟磺酸树脂溶液，加热溶解温度条件为200℃；
(2)将0.3g全氟磺酸树脂(交换容量为0.83mmol/g)溶于30ml二甲基乙酰胺溶剂中，在反应釜中加热溶解，配成添加剂溶液，加热溶解温度条件为200℃；
(3)将步骤(2)制备的溶液加入到步骤(1)制备的树脂溶液中进行混合，搅拌24h，获得混合溶液。
(4)称取0.5g氨基酸加入到步骤(3)制备的混合溶液中进行搅拌，搅拌24h，得到制膜液。
(5)将步骤(4)制备的制膜液浇注到洁净的玻璃板上，在成膜温度120℃、成膜时间4h的工艺条件下进行烘干成膜，制备全氟磺酸复合离子传导膜，厚度为100μm。
本实施例的相关性能数据如下：复合离子传导膜中无分相、分层现象出现，均匀性很好。膜电导率为0.083s/cm，线性溶胀率为6.5％。
实施例4
本实施例中，全氟磺酸复合离子传导膜的制备方法，具体步骤如下：
(1)将6g全氟磺酸树脂(交换容量为0.95mmol/g)溶于100ml二甲基乙酰胺溶剂中，在反应釜中加热溶解，配成全氟磺酸树脂溶液，加热溶解温度条件为200℃；
(2)称取0.5g氨基酸加入到步骤(1)制备的溶液中进行搅拌，搅拌24h，得到制膜液。
(3)将步骤(2)制备的制膜液浇注到洁净的玻璃板上，在成膜温度120℃、成膜时间4h的工艺条件下进行烘干成膜，制备全氟磺酸复合离子传导膜，厚度为40μm。
本实施例相关性能数据如下：复合离子传导膜中无分相、分层现象出现，均匀性很好。膜电导率为0.076s/cm，线性溶胀率为5.8％，通过研究加入添加剂制备的传导膜与未添加制备的传导膜进行性能对比，考察传导膜性能的影响规律。由于未加入添加剂，膜电导率和线性溶胀率较低。
实施例5
本实施例中，全氟磺酸复合离子传导膜的制备方法，具体步骤如下：
(1)将6g全氟磺酸树脂(交换容量为0.95mmol/g)溶于100ml二甲基乙酰胺溶剂中，在反应釜中加热溶解，配成全氟磺酸树脂溶液，加热溶解温度条件为200℃；
(2)称取0.1g氨基酸加入到步骤(1)制备的溶液中进行搅拌，搅拌24h，得到制膜液。
(3)将步骤(2)制备的制膜液浇注到洁净的玻璃板上，在成膜温度120℃、成膜时间4h的工艺条件下进行烘干成膜，制备全氟磺酸复合离子传导膜，厚度为100μm。
本实施例的相关性能数据如下：复合离子传导膜中无分相、分层现象出现，均匀性很好。膜电导率为0.072s/cm，线性溶胀率为5.6％，通过研究加入添加剂制备的传导膜与未添加制备的传导膜进行性能对比，考察传导膜性能的影响规律。由于未加入添加剂，膜电导率和线性溶胀率较低。
实施例6
本实施例中，全氟磺酸复合离子传导膜的制备方法，具体步骤如下：
(1)将6g全氟磺酸树脂(交换容量为0.95mmol/g)溶于100ml二甲基乙酰胺溶剂中，在反应釜中加热溶解，配成全氟磺酸树脂溶液，加热溶解温度条件为200℃；
(2)称取3g甲醇和0.5g氨基酸加入到步骤(1)制备的溶液中进行搅拌，搅拌24h，得到制膜液。
(3)将步骤(2)制备的制膜液浇注到洁净的玻璃板上，在成膜温度120℃、成膜时间4h的工艺条件下进行烘干成膜，制备全氟磺酸复合离子传导膜，厚度为30μm。
本实施例的相关性能数据如下：复合离子传导膜中无分相、分层现象出现，均匀性很好。膜电导率为0.074s/cm，线性溶胀率为4.3％，通过研究加入添加剂制备的传导膜与未添加制备的传导膜进行性能对比，考察传导膜性能的影响规律。由于未加入添加剂，膜电导率和线性溶胀率较低。
实施例7
本实施例中，全氟磺酸复合离子传导膜的制备方法，具体步骤如下：
(1)将6g全氟磺酸树脂(交换容量为0.95mmol/g)溶于100ml二甲基乙酰胺溶剂中，在反应釜中加热溶解，配成全氟磺酸树脂溶液，加热溶解温度条件为200℃；
(2)将0.3g全氟磺酸树脂(交换容量为1.2mmol/g)溶于30ml二甲基乙酰胺溶剂中，在反应釜中加热溶解，配成添加剂溶液，加热溶解温度条件为200℃；
(3)将步骤(2)制备的溶液加入到步骤(1)制备的树脂溶液中进行混合，搅拌12h，获得混合溶液。
(4)称取3g甲醇和0.5g氨基酸加入到步骤(3)制备的混合溶液中进行搅拌，搅拌30h，得到制膜液。
(5)将步骤(4)制备的制膜液浇注到洁净的玻璃板上，在成膜温度80℃、成膜时间4h的工艺条件下进行烘干成膜，制备全氟磺酸复合离子传导膜，厚度为70μm。
本实施例的相关性能数据如下：复合离子传导膜中无分相、分层现象出现，均匀性很好。膜电导率为0.09s/cm，线性溶胀率为6.3％。
实施例8
本实施例中，全氟磺酸复合离子传导膜的制备方法，具体步骤如下：
(1)将6g全氟磺酸树脂(交换容量为0.95mmol/g)溶于100ml二甲基乙酰胺溶剂中，在反应釜中加热溶解，配成全氟磺酸树脂溶液，加热溶解温度条件为180℃；
(2)将0.3g全氟羧酸树脂(交换容量为0.83mmol/g)溶于30ml二甲基乙酰胺溶剂中，在反应釜中加热溶解，配成添加剂溶液，加热溶解温度条件为180℃；
(3)将步骤(2)制备的溶液加入到步骤(1)制备的树脂溶液中进行混合，搅拌8h，获得混合溶液。
(4)称取3g甲醇和0.5g氨基酸加入到步骤(3)制备的混合溶液中进行搅拌，搅拌20h，得到制膜液。
(5)将步骤(4)制备的制膜液浇注到洁净的玻璃板上，在成膜温度90℃、成膜时间8h的工艺条件下进行烘干成膜，制备全氟磺酸复合离子传导膜，厚度为120μm。
本实施例的相关性能数据如下：复合离子传导膜中无分相、分层现象出现，均匀性很好。膜电导率为0.09s/cm，线性溶胀率为6.8％。
实施例9
本实施例中，全氟磺酸复合离子传导膜的制备方法，具体步骤如下：
(1)将3g全氟磺酸树脂(交换容量为0.95mmol/g)溶于100ml二甲基乙酰胺溶剂中，在反应釜中加热溶解，配成全氟磺酸树脂溶液，加热溶解温度条件为220℃；
(2)将0.3g全氟羧酸树脂(交换容量为0.83mmol/g)溶于30ml二甲基乙酰胺溶剂中，在反应釜中加热溶解，配成添加剂溶液，加热溶解温度条件为220℃；
(3)将步骤(2)制备的溶液加入到步骤(1)制备的树脂溶液中进行混合，搅拌12h，获得混合溶液。
(4)将步骤(3)制备的制膜液浇注到洁净的玻璃板上，在成膜温度150℃、成膜时间2h的工艺条件下进行烘干成膜，制备全氟磺酸复合离子传导膜，厚度为50μm。
本实施例的相关性能数据如下：复合离子传导膜中无分相、分层现象出现，均匀性很好。膜电导率为0.04s/cm，线性溶胀率为3.6％，通过研究添加有机大分子或有机小分子制备的传导膜与未添加制备的传导膜进行性能对比，考察传导膜性能的影响规律。由于未加入有机大分子或有机小分子物质，膜电导率和线性溶胀率较低。
实施例10
本实施例中，全氟磺酸复合离子传导膜的制备方法，具体步骤如下：
(1)将10g全氟磺酸树脂(交换容量为0.95mmol/g)溶于100ml二甲基乙酰胺溶剂中，在反应釜中加热溶解，配成全氟磺酸树脂溶液，加热溶解温度条件为240℃；
(2)将1g全氟羧酸树脂(交换容量为0.83mmol/g)溶于30ml二甲基乙酰胺溶剂中，在反应釜中加热溶解，配成添加剂溶液，加热溶解温度条件为240℃；
(3)将步骤(2)制备的溶液加入到步骤(1)制备的树脂溶液中进行混合，搅拌16h，获得混合溶液。
(4)将步骤(3)制备的制膜液浇注到洁净的玻璃板上，在成膜温度100℃、成膜时间6h的工艺条件下进行烘干成膜，制备全氟磺酸复合离子传导膜，厚度为90μm。
本实施例的相关性能数据如下：复合离子传导膜中无分相、分层现象出现，均匀性很好。膜电导率为0.079s/cm，线性溶胀率为4.9％，通过研究添加有机大分子或有机小分子制备的传导膜与未添加制备的传导膜进行性能对比，考察传导膜性能的影响规律。由于未加入有机大分子或有机小分子物质，膜电导率和线性溶胀率较低。
实施例结果表明，本发明采用将高相容性有机大分子或有机小分子引入高化学稳定性、高导电性的全氟磺酸离子交换膜中，根据目标需求，进行组成和结构设计，提高传导膜的综合性能，对离子交换膜的广泛应用具有重要意义，可应用于全钒氧化还原液流电池领域。

Claims (8)

1.一种全氟磺酸复合离子传导膜的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)将全氟磺酸树脂溶于溶剂中，在反应釜中加热溶解，配成质量百分数为1％～20％的全氟磺酸树脂溶液，加热溶解温度条件为180℃～240℃；
(2)将与步骤(1)全氟磺酸树脂不同分子组成或不同分子结构的全氟类高分子聚合物中的一种或两种以上，作为添加剂溶于溶剂中，在反应釜中加热溶解，配成质量百分数为0.1～10％的添加剂溶液，加热溶解温度条件为180℃～240℃；
(3)将步骤(2)制备的添加剂溶液加入到步骤(1)制备的全氟磺酸树脂溶液中进行混合，搅拌6～24h，获得混合溶液；
(4)将有机大分子或有机小分子物质中的一种或两种以上加入到步骤(3)制备的混合溶液中进行搅拌，搅拌20～30h，得到制膜液；
(5)将步骤(4)制备的制膜液浇注到洁净的玻璃板上，在成膜温度50～150℃、成膜时间2～8h的工艺条件下进行烘干成膜，制备全氟磺酸复合离子传导膜，复合离子传导膜的厚度为30～120μm。
2.按照权利要求1所述的全氟磺酸复合离子传导膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)和(2)中，溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙甲酰胺、二甲基亚砜、N-基吡咯烷酮、乙醇、乙二醇、异丙醇、异丁醇或二甲苯。
3.按照权利要求1所述的全氟磺酸复合离子传导膜的制备方法，其特征在于，优选的，步骤(1)和(2)中，添加剂质量为全氟磺酸树脂质量的0.5％～10％。
4.按照权利要求1所述的全氟磺酸复合离子传导膜的制备方法，其特征在于，优选的，步骤(1)全氟磺酸树脂溶液中，全氟磺酸树脂的质量百分数为5％～12％。
5.按照权利要求1所述的全氟磺酸复合离子传导膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，添加剂采用不同交换容量、不同分子量、不同侧链位置或结构的全氟羧酸离子交换树脂或全氟磺酸离子交换树脂。
6.按照权利要求1所述的全氟磺酸复合离子传导膜的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，有机大分子或有机小分子物质采用有机胺、蛋白质、核酸、多糖、氨基酸、葡萄糖、正己烷、二氯甲烷、三氯甲烷或甲基苯丙胺。
7.按照权利要求1所述的全氟磺酸复合离子传导膜的制备方法，其特征在于，优选的，步骤(5)中，成膜温度为100～140℃，成膜时间为2～5h。
8.按照权利要求1所述的全氟磺酸复合离子传导膜的制备方法，其特征在于，复合离子传导膜的电导率为0.07～0.1s/cm，复合离子传导膜的线性溶胀率为5.0～8.0％。
CN202010353639.3A 2020-04-29 2020-04-29 一种全氟磺酸复合离子传导膜的制备方法 Active CN111525168B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010353639.3A CN111525168B (zh) 2020-04-29 2020-04-29 一种全氟磺酸复合离子传导膜的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010353639.3A CN111525168B (zh) 2020-04-29 2020-04-29 一种全氟磺酸复合离子传导膜的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111525168A true CN111525168A (zh) 2020-08-11
CN111525168B CN111525168B (zh) 2023-04-28

Family

ID=71904978

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010353639.3A Active CN111525168B (zh) 2020-04-29 2020-04-29 一种全氟磺酸复合离子传导膜的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111525168B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005228707A (ja) * 2004-02-16 2005-08-25 Toyota Motor Corp 燃料電池用電解質材料
CN101054445A (zh) * 2007-03-07 2007-10-17 山东东岳高分子材料有限公司 全氟离子交换溶铸增强膜及其制备方法
CN101733021A (zh) * 2009-12-09 2010-06-16 山东东岳高分子材料有限公司 一种互穿网络结构全氟离子交换膜及其制备方法
CN101777657A (zh) * 2009-12-07 2010-07-14 山东东岳神舟新材料有限公司 用功能性氟树脂制备的燃料电池用含氟质子交换膜
CN102477162A (zh) * 2010-11-25 2012-05-30 比亚迪股份有限公司 一种质子交换膜的制备方法和一种聚酰亚胺全氟磺酸树脂质子交换膜
CN109280197A (zh) * 2017-07-21 2019-01-29 淮安科润膜材料有限公司 纳米碳纤维掺杂的全氟磺酸/全氟羧酸复合膜及其连续流延制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005228707A (ja) * 2004-02-16 2005-08-25 Toyota Motor Corp 燃料電池用電解質材料
CN101054445A (zh) * 2007-03-07 2007-10-17 山东东岳高分子材料有限公司 全氟离子交换溶铸增强膜及其制备方法
CN101777657A (zh) * 2009-12-07 2010-07-14 山东东岳神舟新材料有限公司 用功能性氟树脂制备的燃料电池用含氟质子交换膜
CN101733021A (zh) * 2009-12-09 2010-06-16 山东东岳高分子材料有限公司 一种互穿网络结构全氟离子交换膜及其制备方法
CN102477162A (zh) * 2010-11-25 2012-05-30 比亚迪股份有限公司 一种质子交换膜的制备方法和一种聚酰亚胺全氟磺酸树脂质子交换膜
CN109280197A (zh) * 2017-07-21 2019-01-29 淮安科润膜材料有限公司 纳米碳纤维掺杂的全氟磺酸/全氟羧酸复合膜及其连续流延制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111525168B (zh) 2023-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110336052B (zh) 一种混合基质型阳离子交换膜及其制备方法
CN110903449B (zh) 一种靛红芳烃共聚物、制备方法及应用
US20230105570A1 (en) Carbazole-based anion exchange material, preparation method therefor, and use thereof
CN101935398B (zh) 一种高导电的芳香聚合物离子液体隔膜材料及其制备方法
WO2011066674A1 (zh) 聚合物共混质子交换膜及其制备方法
CN109411788B (zh) 氮杂螺环阳离子负载型聚联苯碱性膜及其制备方法
CN109096473B (zh) 不含芳基醚键的聚芳哌啶类两性离子交换膜及其制备方法
CN108899566B (zh) 一种叔胺基两性离子交换膜及其制备方法
Wong et al. Protic ionic liquids as next-generation proton exchange membrane materials: Current status & future perspectives
CN101931070B (zh) 一种适用于钒电池的有机无机复合质子交换膜的制备方法
CN112133946A (zh) 一种含羧基磺化聚芳醚酮砜/负载磷钨酸-离子液体金属有机框架复合膜及其制备方法
CN112898539A (zh) 一种燃料电池用长侧链型聚芳烃靛红碱性膜及制备方法
CN108376792A (zh) 一种金属-有机相修饰的燃料电池质子交换膜及制备方法
CN112708129B (zh) 自具微孔离聚物及其制备方法、自具微孔离聚物膜及应用
CN116613362A (zh) 一种用于钒电池的复合两性离子交换膜及其制备方法
CN111525168B (zh) 一种全氟磺酸复合离子传导膜的制备方法
CN114835935B (zh) 一种肟基辅助无醚氧键型聚合物阴离子交换膜及其制备方法
CN112708155B (zh) 一种基于氰基结构侧链磺化聚芳醚离子交换膜及其制备方法
CN109988327A (zh) 一种非氟离子交换膜及其制备方法和应用
CN111944259B (zh) 一种导电薄膜材料及其制备方法
CN114188583A (zh) 一种复合质子交换膜及其制备方法和应用
KR20080002283A (ko) 연료전지용 고분자 전해질 막의 제조방법
Rhoden et al. The optimization SPEEK membranes using phosphotungstic acid as a dopant
CN115627072B (zh) 一种聚苯并咪唑/磺化聚亚芳基靛红复合质子交换膜的制备和应用
CN108039498B (zh) 一种聚苯乙炔修饰燃料电池质子交换膜的改性方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20210730

Address after: 110172 doors 1, 2 and 3, No. 189-28, JINZI street, Shenfu demonstration zone, Shenyang City, Liaoning Province

Applicant after: Liaoning kejing New Material Co.,Ltd.

Address before: 112700 Jianye Road, North Industrial Park, Diaobingshan City, Tieling City, Liaoning Province

Applicant before: Liaoning kejing New Material Technology Co.,Ltd.

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant